太阳能光伏发电系统建设及运营

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1、模块块三 太阳能并网光 伏发电发电 系统统 太阳能光伏发电发电 系统统建设设与运 营营 n书书名 太阳能光伏发发 电电系统统建设设与运营营 n书书号 978 7 111 53873 8 n作者 梁栋栋 n出版社 机械工业业出 版社 情境一 几种光伏并网电电站介绍绍 n一 光伏电站按照运行方式可分为独立光伏电站 和并网光伏电站 n太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶 段 成为电力工业组成部分的重要发展方向 是当今 世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势 并网 系统一般由太阳能电池方阵 系统控制器 并网 逆变器等组成 主要优点 n太阳能光伏发电是一种具可持续发展理想特征的新能源 发电技术 其主要优点

2、有以下几点 n1 太阳能资源取之不尽 用之不竭 n2 太阳能资源到处可得 可就近供电 n3 太阳能光伏发电的能量转换进 程简略 n4 太阳能光伏发电自身不燃烧燃料 不排放包括温室气体 和其他废气在内的任何物质 n5 光伏发电系统还可以很便利的与修建物整合 n6 太阳能光伏发电无机械传动部件 操作 维护简 略 运行可靠 n7 太阳能光伏发电系统运行可靠 稳定 运行寿命长 n8 太阳能电池组件构造简单 体积小 重量轻 便于运 输和安装 二 光伏建筑一体化 1 光伏建筑一体化分类 光伏建筑一体化 n简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑 的围护结 构外表面来提供电力 根据光伏方阵与 建筑物的组合

3、方式 通常分为两类 第一类是光 伏方阵与建筑的结合 称为BAPV 第二类是光 伏方阵与建筑的集成 称为BIPV 2 光伏建筑一体化的特点 n能够满足建筑美学的要求 n能够满足建筑物的采光要求 n能够满足建筑的安全性能要求 n能够满足安装方便的要求 n能够具有寿命长的优势 n具有绿色环保的效果 n无需占用宝贵的土地资源 n能有效地减少建筑能耗 实现建筑节能 n降低墙面及屋顶的温升 3 光伏建筑一体化存在的问题 n太阳能光伏建筑一体化存有几大问题 n1 造价较高 n2 成本高 n3 不稳定 4 光伏建筑一体化的形式 1 平屋顶 n1 可以按照最佳角度安装 获得最大发电量 n2 可以采用标准光伏组件

4、 具有最佳性能 n3 与建筑物功能不发生冲 突 n4 光伏发电成本相对最低 从 发电经济 性考虑是的最佳选 择 2 斜屋顶 n1 可以按照最佳角度或接近最 佳角度安装 因此可以获得最 大或者较大发电量 n2 可以采用标准光伏组件 性能好 成本低 n3 与建筑物功能不发生冲 突 n4 光伏发电成本相对最低或 者较低 是光伏系统优选 安装 方案之一 3 光伏幕墙墙 n 光伏幕墙要符合BIPV要求 除发电功能外 其 力学 美学 安全等要满足幕墙所有功能要求 光伏幕墙要与建筑物同时设计 施工和安装 其 工程进度受建筑总体进度制约 光伏阵列安装一 般根据建筑物的结构 朝向 往往都偏离最佳安 装角度 所以

5、其输出功率偏低 发电成本高 光 伏幕墙降低建筑能耗 为建筑提升社会价值 带 来绿色概念的效果 4 光伏天棚 n 光伏天棚要求透明组件 组件效率较低 除要 求具备发电 功能及透光功能外 天棚构件要满足 一定的力学 美学 结构连接等建筑方面要求 组件成本高 发电成本高 为建筑提升社会价值 带来绿色概念的效果 5 BIPV设计时应 把握的要点 1 光伏组件性能 n 作为普通光伏组件 满足抗阵风安全系数3 满 足抗130km h 2 400Pa 风压和抗25mm直径冰 雹23m s的冲击的要求 n用做幕墙面板和采光顶面板的光伏组件 不仅需 要满足光伏组件的性能要求 同时要满足幕墙的 三性实验要求和建筑

6、物安全性能要求 n但同样尺寸的组件用在BIPV建筑中 在不同的地 点 不同的楼层高度以及不同的安装方式 对它 的玻璃力学性能要求就可能是完全不同的 2 建筑的美学要求 n BIPV建筑首先是一个建筑 它是建筑师的艺术品 建筑 物对光影要求甚高 如果BIPV组件安装在大楼的观光处 这个位置需要光线通透 这时就要采用光面超白钢化 玻璃制作双面玻璃组件 用来满足建筑物的功能 n一个建筑物的成功与否 关键一点就是建筑物的外观效果 有时候细微的不协调都是不能容忍因此BIPV建筑中要 求将接线盒省去或隐藏起来 这时的旁路二极管没有了 接线盒的保护 要考虑采用其他方法来保护它 需要将 旁路二极管和连接线隐藏

7、在幕墙结构中 3 结构性能配合 n 在设计BIPV建筑时 要考虑电池板本身的电压 电流 是否方便光伏系统设备选 型 但是建筑物的外立面有可 能是一些大小 形式不一的几何图形组成 这会造成组 件间的电压 电流不同 这个时候可以考虑对建筑立面 进行分区及调整分格 使BIPV组件接近标准组件电学性 能 也可以采用不同尺寸的电池片来满足分格的要求 以 最大限度地满足建筑物外立面效果 另外 还可以将少数 边角上的电池片不连接入电路 以满足电学要求 6 光伏建筑一体化的发展方向 n中国作为发 展中国家 能源消耗逐年以惊人 的速度增长 BIPV因此成为21世纪建筑及 光伏技术市场的热点 n太阳光发电 是21

8、世纪科学技术的前沿阵地 预计 到2020年 全国将建成2万个屋顶光伏 发电项 目 总容量100万kW nBIPV作为庞 大的建筑市场和潜力巨大的光 伏市场的结合点 必将存在着无限广阔的发 展前景 7 未来研究重点 n建筑物空气温度调节消耗着大量的能 量 在我国 它要占到建筑物总能耗的 约70 建筑供能的应该将主动式与被 动式相结合 太阳能与常规能源相结 合 n随着新能源的不断发展和城市节能减 排 绿色环保需求的日益增加 太阳能 光伏建筑一体化越来越成为太阳能应用 发电的新潮流 三 分布式光伏电电站 n分布式光伏电站通常是指利用分散式资源 装机规模较小的 布置在用户附近以用户侧 自发自用 多余电

9、量上网为运行方式的发电 系统 它一般接入低于35kV或更低电压 等 级的电网 n目前应用最为广泛的分布式光伏电站系统 是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项 目 该 类项 目必须接入公共电网 与公共电网一起 为附近的用户供电 1 分布式光伏电站的发展趋势 n光伏建筑一体化应用 应当是分布式光伏应用的重点 n发展分布式光伏发电应 用是启动市场 消化产能 实现 战略转型 拉动整个光伏产业的关键所在 n各项政策出台都充分体现了这种国家意志和政策精神 1 分布式重点是光伏建筑 n 光伏建筑一体化应用的重点 应当是阳光最好的屋顶 n从投资角度分析 屋顶光伏应用很重要的一个原则是鼓 励 自发自用 余电上网 n工

10、商企业屋顶由于企业本身经营情况存在着好坏差异 只有高能耗 电价较高 持续性经营能力强的企业最适 合实施屋顶发电项 目 n公建和民居屋顶应当可以成为光伏建筑一体化应用的重 中之重 包括光伏发电进 家庭和社区 送光伏下乡进村 等 空间巨大 光伏应用发展的未来在 一高三低 n 一高 是指高光电转换 效率的材料 n 三低 就是在光伏产品终端应用上应当符合三个原则 即低空间资源成本 低输变电 成本 低安装使用维护成 本 家家户户使用屋顶光伏是最符合这三个原则的 n满足 一高三低 家家户户用光伏瓦和光伏墙来建造自己 的房屋将成为普遍趋势 2 分布式光伏电站对现 有电网的影响 n1 对电 网规划产生影响 n

11、2 不同的并网方式影响各不相同 n3 对电 能质量产生影响 n4 对继电 保护的影响 情境二 光伏并网电电站几个必备备概念 一 最大功率 n对于一个已设定地理位置和容量的光伏电站而言 确保 光伏方阵总能获得阳光的直射的安装方式 对整个系统 的发电效率影响非常大 n在电站装机规模和安装地点确定的前提下 如何选择光 伏阵列安装位置及角度 使之尽可能获取最大发电量 就成为提高整个电站投资受益的先决手段 二 最佳倾倾角 n光伏阵列安装方式分为跟踪支架式和固定支架式 n跟踪支架式有单轴跟踪 双轴跟踪 斜轴跟踪等方式 即其角度始终面对太阳方位 n合理设定支架位置和角度是提高光伏电站效率具有重要意 义 n所

12、有支架位置的选择首要的是要使阵列面避开阴影 合 理间距 固定光伏阵列角度调整有方位角与倾角 1 光伏方阵方位角的选择 n太阳能光伏方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的 夹角 向东偏设定为负角度 向西偏设定为正角度 n一般情况下 方阵朝向正南 即方阵垂直面与正南的夹 角为0 时 太阳电池发电量是最大的 在偏离正南 北半球 30 度时 方阵的发电量将减少约10 15 在偏离正南 北半球 60 时 方阵的发电量将减少约20 30 n方阵垂直面与正南的夹角为0 北半球 时 才能获取 年平均最大辐射能量 在此种情况下 获得年平均最大 发电量 n只要在正南 20 之内 都不会对发电 量有太大影响 在 偏

13、离正南30 时 方阵的发电量将减少约10 15 在 偏离正南60 时 方阵的发电量将减少约20 30 2 太阳电池倾角的选择 n最理想的倾角是使太阳电池全年发电量尽可能大 而冬季和夏季发电量差异尽可能小时的倾斜 角 n不同类型的太阳能光伏发电系统 其最佳安装倾 斜角是有所不同的 若是按冬天时能得到最大发 电量的倾斜角确定 其倾斜角应该比当地纬度的 角度大一些 若是夏季光伏发电系统为负载 供 电 则应考虑夏季为负载 提供最大发电量 其 倾斜角应该比当地纬度的角度小一些 n如果没有条件对倾 斜角进行计算机优化设计 也可以根据当地纬度 粗略确定太阳电池的倾斜角 n1 一年四季发电 量要求基本均衡的情

14、况 按表3 1方式选择组 件倾 角 n2 在我国大部分地区通常可以采用所在纬度加7 的组件水平倾角 n对于要求冬季发电 量较多情况 可以采用所在纬度加11 的组件水平 倾角 n对于要求夏季发电 量较多情况 可以采用所在纬度减11 的组件水平 倾角 n如需精确数据 可采用专用光伏设计软 件分析 光伏发电系统所处纬度光伏组件水平倾角 纬度0 25 倾角等于纬度 纬度26 40 倾角等于纬度加5 10 纬度 41 55 倾角等于纬度加10 15 纬度 55 倾角等于纬度加15 20 三 光伏方阵间阵间 距设计设计 n光伏方阵前后两排间距或与前方遮挡物之间的间距设计 固定式布置的光伏方阵在冬至日当天太

15、阳能9 00 15 00不被遮挡的间距如图3 5所示 n n光伏方阵前后间距或与前方遮挡物之间的间距的设计与 光伏系统所在纬度 前排方阵或遮挡物高度有关 n 设D为前后间距 则其计算公式为 nD 0 707H tan arc sin 0 648cos 0 399sin 情境三 光伏并网设备设备 一 太阳能电电池组组件 n太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分 也是 太阳能发电系统中最重要的部分 其作用是将太阳能转 化为电能 或送往蓄电池中存储起来 或推动负载 工 作 n未来10年晶体硅太阳能电池其主导地位仍不会根本改变 而薄膜电池会有巨大的发展空间 n目前已进行研究和试制的太阳电池 除硅系

16、列外 还有 硫化镉 砷化镓 铜铟硒等许多类型的太阳电池 举不 胜举 二 光伏汇汇流箱 n1 光伏汇流箱的介绍 1 光伏汇流箱的作用 n汇流箱是指用户可以将一定数量 规格相同的光伏电池 串联起来 组成一个个光伏串列 然后再将若干个光伏串 列并联接入光伏汇流箱 在光伏汇流箱内汇流后 通过 直流配电柜 光伏逆变器 交流配电柜等配套使用 从 而构成完整的光伏发电系统 实现与市电并网 2 光伏汇流箱的组成 n 监控 主要分为两种 一个是检测单 元 另一种是主 控板件 n 塑壳断路器 塑壳断路器应为4P的直流断路器 n 熔断器 熔断器俗称保险丝 是熔座和熔断体组合而 成 n 防雷器 防雷器也叫浪涌保护器 是一种为各种电子 设备 仪器仪表 通信线路提供安全防护的电子装置 n 其他还有箱体 电力电缆 接地线 接线端子 汇流 排等 n 为汇为汇 流箱中的电电气配置 而电电气配置在整个汇汇流箱 中是最关键键的 如果选选型不当或者产产品质质量不过过关很容 易造成汇汇流箱不能正常运行 或者彻彻底烧烧毁 3 光伏汇流箱的分类 n 汇流箱有4路 8路 12路 16路标准规格型号 可接入 4路 8路 12路 16路